一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法及其系统，该方法包括以下步骤：卫星DTN网络的建立；地面逻辑区域的划分；MPLS数据包生成；LSP的建立；数据包的高速发送；该系统包括卫星DTN网络建立模块、地面逻辑区域划分模块、MPLS数据包生成模块、LSP建立模块和数据包发送模块。本发明专利技术将MPLS与DTN网络进行结合，针对卫星网络环境与DTN网络特点，对MPLS进行优化，并针对MPLS对DTN网络的CGR路由算法进行改进，在大幅提高DTN网络的传输速率的同时，也增强了其可靠性。使数据在LEO卫星通信的过程中更加高效且准确，有效提高了卫星网络通信的速率和可靠性。

A LEO satellite network communication method and system based on MPLS and DTN

The invention discloses a LEO satellite network communication method and system based on MPLS and DTN, the method comprises the following steps: establishment of satellite DTN network; division of ground logical area; generation of MPLS data packet; establishment of LSP; high-speed transmission of data packet; the system comprises satellite DTN network establishment module, ground logical area division module, MPLS data packet generation module, LSP establishment Vertical module and packet sending module. The invention combines MPLS with DTN network, optimizes MPLS according to the characteristics of satellite network environment and DTN network, improves CGR routing algorithm of DTN network according to MPLS, greatly improves the transmission rate of DTN network and enhances its reliability. It makes the data more efficient and accurate in the process of LEO satellite communication, and effectively improves the speed and reliability of satellite network communication.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法及其系统
本专利技术涉及LEO卫星网络通信
，更具体的说是涉及一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法及其系统。
技术介绍
近些年来，伴随着无线电通信技术、计算机科学技术、以及深空探测技术的迅猛发展，出现了空间信息网络等新型网络场景，而TCP/IP协议作为一种传统网络协议，它的应用条件是场景存在端到端路径、节点间传输时延小、数据包丢失率小、对称数据传输速率，在空间信息网络中TCP/IP模型将不再适用。因此，科研人员提出了容迟/容断网络即DTN的概念，而DTN概念被提出后，DTN网络中路由技术成为如今DTN领域的研究热点。近年来多种DTN路由算法相继被提出，主要分为基于数据复制或数据转发两种方式以适应DTN的受限通信环境。其中数据复制是为每个消息复制多个副本，以增加副本被交付到目的节点的机会，但同时数据复制占用大量带宽和存储资源，易带来数据拥塞。数据转发是依据预测知识选择最优路径逐步转发数据包直到到达目的节点，但面对传输过程中的拓扑变化数据包容易半途丢失。因此，研究出一种是准确率高、传输速率快的卫星网络通信方法及其系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法及其系统，能有效提高微型网络通信的速率和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法，包括以下步骤：>S1.卫星DTN网络的建立：将一个LEO卫星网络内的所有卫星建立DTN网络，为每一颗卫星分配唯一的DTN节点号进行标识；S2.地面逻辑区域的划分：根据所述DTN网络中的卫星的轨迹对地面进行逻辑区域的划分，每一个所述逻辑区域均唯一对应一颗卫星和唯一的星地网关，每一个所述星地网关均对应一个DTN节点号；S3.MPLS数据包生成：获取目标DTN节点号，将需要传输的数据包打上MPLS标签，生成所述MPLS数据包；S4.LSP的建立：目标DTN节点号和源DTN节点号通过CGR路由算法进行路径的计算，根据优先选择连通时间最长的路径的标准，获得最优路径，并根据LDP协议沿所述最优路径建立LSP；S5.数据包的高速发送：通过所述LSP在LEO卫星网络中进行基于标签交换的所述MPLS数据包高速发送。优选的，S2的具体内容为：LEO层包括m个轨道平面、每个轨道平面包括n个卫星；将位于第i个轨道上第j个卫星记为Si，j，其纬度和经度分别记为lat(Si，j)和lon(Si，j)；将地球表面分割为m×n个所述逻辑区域，每个所述逻辑区域上方对应于一颗卫星，且每个所述逻辑区域相对地球均是静止的，在任意时刻均能够与上方的卫星保持通信；每当一个所述逻辑区域上方当前的卫星离开当前区域时，所述逻辑区域将相关信息交给下一颗接替位置的LEO卫星；每个区域的大小是第i个轨道上第j个卫星下方的逻辑区域记为Li,j，其纬度和经度分别记为lat(Li,j)和lon(Li,j)，因此：所以在任意时刻，每一个LEO卫星都唯一对应一个逻辑区域。优选的，S3的具体内容为：S31.检测数据包是否包含目标IP地址，获取目标DTN节点号；S32.将所述数据包的源DTN节点号和所述目标DTN节点号作为源MPLS标签号和目标MPLS标签号，填入MPLS标签；S33.补充MPLS标签，生成MPLS数据包。优选的，S31的具体内容为：检测数据包是否包含IP目标地址，若包含所述目标IP地址，则将所述目标IP地址所对应的星地网关的DTN节点号，作为目标DTN节点号；若不包含所述目标IP地址，则进一步解析所述数据包，获取目标DTN节点号；优选的，所述MPLS数据包在传输、标签头出栈入栈的过程中，进行CRC字段的验证。优选的，S4的具体内容为：S41.在产生数据传输需求时，根据所述目标节点号与所述源DTN节点号通过CGR路由算法得到一条最优路径；S42.第一个所述MPLS数据包通过所述最优路径发往目标节点；与此同时，根据LDP协议，标签转发的路径信息被所述最优路径上各节点收到，LSP建立完成；S43.后续的所述MPLS数据包根据所述LSP完成传输。优选的，在所述MPLS数据包的传输过程中，若发生链路异常情况，将进行所述MPLS数据包的托管重传；其中，所述托管重传的具体内容为：根据S4的具体内容，重新建立从所述MPLS数据包异常处的节点到目标节点的LSP，根据重新建成的LSP进行所述MPLS数据包的重新传输；并通知源节点，根据新建成的LSP对完整的LSP进行更新。优选的，S41的具体内容为：连接检查，获得各节点可用的邻居转发节点；转发阶段，通过优先选择连通时间最长的路径的标准确定MPLS数据包的下一跳节点，并完成转发。一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信系统，包括：卫星DTN网络建立模块，用于将一个LEO卫星网络内的所有卫星建立DTN网络，为每一颗卫星分配唯一的DTN节点号进行标识；地面逻辑区域划分模块，用于根据所述DTN网络中的卫星的轨迹对地面进行逻辑区域的划分，每一个所述逻辑区域均唯一对应一颗卫星和唯一的星地网关，每一个所述星地网关均对应一个DTN节点号；MPLS数据包生成模块，用于获取目标DTN节点号，将需要传输的数据包打上MPLS标签，生成所述MPLS数据包；LSP建立模块，用于目标DTN节点号和源DTN节点号通过CGR路由算法进行路径的计算，根据优先选择连通时间最长的路径的标准，获得最优路径，并根据LDP协议沿所述最优路径建立LSP；数据包发送模块，用于通过所述LSP在LEO卫星网络中进行基于标签交换的所述MPLS数据包高速发送。优选的，MPLS数据包生成模块具体包括：IP地址检测单元和打包转发单元；所述IP地址检测单元，用于检测数据包中是否包含目标IP地址，包含则获取所述目标IP地址，并将所述目标IP地址发送给所述打包转发单元；所述打包转发单元，用于接收数据包内容与所述目标IP地址，进而得到所述目标IP地址对应的目标DTN节点，将所述数据包的源DTN节点号和所述目标DTN节点号作为源MPLS标签号和目标MPLS标签号，填入MPLS标签，并进一步补充MPLS标签，生成所述MPLS数据包并转发至所述LSP建立模块。经由上述的技术方案可知，本专利技术公开提供了一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法及其系统，与现有技术相比，首先，本专利技术在DTN网络的基础上，结合MPLS技术用于LEO卫星通信，不仅由于DTN网络容迟容断的特点，有效解决先现有技术中数据传输时容易出现错误而丢失数据的问题，有效提高了数据在通信过程中的容错性，保证了数据的有效传输，而且由于MPLS技术的利用标签引导数据的高速高效传输的特点，更进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.卫星DTN网络的建立：将一个LEO卫星网络内的所有卫星建立DTN网络，为每一颗卫星分配唯一的DTN节点号进行标识；/nS2.地面逻辑区域的划分：根据所述DTN网络中的卫星的轨迹对地面进行逻辑区域的划分，每一个所述逻辑区域均唯一对应一颗卫星和唯一的星地网关，每一个所述星地网关均对应一个DTN节点号；/nS3.MPLS数据包生成：获取目标DTN节点号，将需要传输的数据包打上MPLS标签，生成所述MPLS数据包；/nS4.LSP的建立：目标DTN节点号和源DTN节点号通过CGR路由算法进行路径的计算，根据优先选择连通时间最长的路径的标准，获得最优路径，并根据LDP协议沿所述最优路径建立LSP；/nS5.数据包的高速发送：通过所述LSP在LEO卫星网络中进行基于标签交换的所述MPLS数据包高速发送。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.卫星DTN网络的建立：将一个LEO卫星网络内的所有卫星建立DTN网络，为每一颗卫星分配唯一的DTN节点号进行标识；
S2.地面逻辑区域的划分：根据所述DTN网络中的卫星的轨迹对地面进行逻辑区域的划分，每一个所述逻辑区域均唯一对应一颗卫星和唯一的星地网关，每一个所述星地网关均对应一个DTN节点号；
S3.MPLS数据包生成：获取目标DTN节点号，将需要传输的数据包打上MPLS标签，生成所述MPLS数据包；
S4.LSP的建立：目标DTN节点号和源DTN节点号通过CGR路由算法进行路径的计算，根据优先选择连通时间最长的路径的标准，获得最优路径，并根据LDP协议沿所述最优路径建立LSP；
S5.数据包的高速发送：通过所述LSP在LEO卫星网络中进行基于标签交换的所述MPLS数据包高速发送。


2.根据权利要求1所述的一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法，其特征在于，S2的具体内容为：
LEO层包括m个轨道平面、每个轨道平面包括n个卫星；将位于第i个轨道上第j个卫星记为Si，j，其纬度和经度分别记为lat(Si，j)和lon(Si，j)；
将地球表面分割为m×n个所述逻辑区域，每个所述逻辑区域上方对应于一颗卫星，且每个所述逻辑区域相对地球均是静止的，在任意时刻均能够与上方的卫星保持通信；
每当一个所述逻辑区域上方当前的卫星离开当前区域时，所述逻辑区域将相关信息交给下一颗接替位置的LEO卫星；
每个区域的大小是第i个轨道上第j个卫星下方的逻辑区域记为Li,j，其纬度和经度分别记为lat(Li,j)和lon(Li,j)，因此：



所以在任意时刻，每一个LEO卫星都唯一对应一个逻辑区域。


3.根据权利要求1所述的一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法，其特征在于，S3的具体内容为：
S31.检测数据包是否包含目标IP地址，获取目标DTN节点号；
S32.将所述数据包的源DTN节点号和所述目标DTN节点号作为源MPLS标签号和目标MPLS标签号，填入MPLS标签；
S33.补充MPLS标签，生成所述MPLS数据包。


4.根据权利要求3所述的一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法，其特征在于，S31的具体内容为：
检测数据包是否包含IP目标地址，若包含所述目标IP地址，则将所述目标IP地址所对应的星地网关的DTN节点号，作为目标DTN节点号；若不包含所述目标IP地址，则进一步解析所述数据包，获取目标DTN节点号。


5.根据权利要求1所述的一种基于MPLS与DTN的LEO卫星网络通信方法，其特征在于，所述MPLS数据包在传输、标签头出栈入栈的过程中，进行CRC字段的验证。


6.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏松杰，崔聪，朱人杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，赛尔网络有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32